¿Cómo determinar el torque de apriete de una brida?

determinar el torque de apriete

TEORÍA DEL TORQUE DE APRIETE

En este artículo os enseñaremos a determinar el torque mínimo aplicable a los tornillos que unen las juntas planas y las bridas.

Referencias:

Metodología del torque de apriete

Las juntas con orificios requieren de una precarga inicial en sistemas de alta presión. Debemos tener en cuenta que la presion interna, el momento de concentración térmica y el momento de carga muerta son las cargas que por lo general causan más pérdidas en la junta.

Para aplicar el torque utilizaremos llaves de impacto, torquímetros o llaves de torque. El torque que debemos aplicar se rige por las siguientes variables:

  • Clase de la tuerca y el tornillo
  • Rebaba de las tuercas
  • Lubricación
  • Polvo, virutas y suciedad en tornillos y tuercas
  • Muescas
  • Estado de la superficie de la brida sobre la que se tiene que girar

Una lubricación adecuada puede llegar a aumentar la eficiencia respecto de un conjunto sin lubricar de aproximadamente el 50%. En aplicaciones normales bastará con grafito pesado o una mezcla de aceite.

 

Coeficientes de fricción de tuercas y tornillos:

MaterialesLubricanteFricción µ ± 20%
AceroGrafito, petróleo o aceite0.07
AceroGrasa de bisulfuro de molibdeno0.11
AceroAceite para máquinas0.15
Acero chapado en cadmioNo requiere0.12
Acero chapado en zincNo requiere0.17
Acero y bronceNo requiere0.15
Aleación resistente a la corrosión o basada en níquel o plataNo requiere0.14
Titanio y aceroGrafito en petróleo0.08
TitanioGrasa de bisulfuro de molibdeno0.10

Relevancia de la precarga

La precarga en los orificios de los extremos bridados debe ser lo suficientemente alta como para mantener el conjunto en contacto y bajo presión. La disminución de la presión podria resultar en la fuga del líquido presurizado, perdidas de cierre bajo condiciones de carga cíclica y la reducción de la vida útil del sellado. En la siguiente imagen podemos observar la relación entre vida útil del sellado y la precarga.

Una unión bridada axialmente cargada en la cual no se aplico una precarga sobre los bulones se representa en la línea OAB, en la cual el esfuerzo en el bulón es igual al ejercido sobre la unión. Cuando el esfuerzo sobre la unión varia entre Pa y Pb, la variación de carga sobre el bulón lo representa el tramo sobre las ordenadas Pba y PBb. Sin embargo, con la aplicación de una precarga la variación de carga sobre los bulones será mas leve que la de la unión (como lo indica la línea PB1A, de menor pendiente que OAB) debido a que parte de la carga es absorbida como una reducción de compresión de la junta. De este modo, la carga axial aplicada a los bulones varia entre PBa’ y PBb’ cuando la modificación de esfuerzos sobre la unión esta entre Pa y Pb. Estas condiciones resultan en una considerable reducción de la variación de la carga cíclica de los bulones la cual reditúa en una extensión de la vida útil de la junta.

MONTAJE

MONTAJE

Para un sellado efectivo, todos los componentes de la conexión brida deben montarse optimamente, la causa más común de una fuga es un montaje indebido. Antes de empezar a montar, debemos prestar atención a las tolerancias de angularidad y centrado conerniente al par de bridas que conforman el conjunto. El uso de la fuerza en exceso conllevará un deterioro de la junta con la proclividad a la generación de pérdidas.

Secuencia de montaje

  • Colocar la junta sobre la superficie de la brida a sellar.
  • Posicionar la otra brida en contacto con la junta.
  • Limpiar los espárragos y lubricarlos adecuadamente, con una mezcla de aceite y grafito por ejemplo.
  • Colocar dichos espárragos en los agujeros.
  • Acercar las tuercas a mano.
  • Seguir la secuencia de ajuste de acuerdo a las figuras.
  • No superar el 30% de los valores de torque recomendados para los espárragos, pues se puede originar un mal asentamiento de la junta.
  • Una vez alcanzado el torque recomendado según tabla, hacer una pasada en secuencia horaria para verificación.
  • Debido a la relajación de tensiones y por Creep, es fundamental pre-ajustar los espárragos para asegurar el correcto valor de torque durante la operación del sistema.
determinar el torque de apriete

CÁLCULO DEL TORQUE DE APRIETE EN JUNTAS PLANAS

Para la determinación del torque necesario a aplicar, en primer lugar determinaremos la presión superficial requerida que se debe aplicar a la junta para lograr un sello adecuado, la cual será:

Donde:
Ecal: Presión Superficial Calculada en Bar.
Emin: Presión Superficial Mínima en Bar.
R: Presión Radial en donde R = m . Pd.
y: Presión de Ajuste en Bar.
H: Fuerza que tiende a separar las bridas H = Ai . Pd.
A: Área de contacto de la Junta.
Pd: Presión de Diseño en Bar.
Ai: Área interna del conducto.

El torque estará dado por la siguiente expresión:

Donde:

Ejun : Presión Superficial de la junta en Bar.-
A: Área de contacto de la Junta.
d: Diámetro efectivo del Espárrago.
N : Numero de Espárragos.

El Torque a aplicar a los espárragos de las bridas equipadas con juntas planas deberá ser el que de mayor valor resulte, de comparar el mínimo con el de cálculo.

determinar el torque de apriete

DETERMINACIÓN DEL TORQUE DE APRIETE PARA TORNILLOS

En primer lugar calcularemos los torques a aplicar a los pernos de las bridas, que permitan obtener una presión superficial a ejercer sobre la junta, de forma tal, que se asegure un correcto sellado de la unión, en base a las presiones de diseño correspondientes a las clases de cañerías, siendo sus valores los siguientes:

TORQUE MÍNIMO Y CALCULADO PARA BRIDAS ANSI S-150#

DNDbDrNdideePamPdAiEcal.TcalTmin
pulg.mm.mm.c/u.mm.mm.mm.Bar-Barcm2BarNm.Nm.
1/212.710.17422.034.91.604004.0019.503.80490.861412
3/412.710.17427.842.91.604004.4019.506.07492.122117
112.710.17434.550.81.604004.4019.509.35494.692722
1 1/212.710.17449.673.01.604004.4019.5019.32494.725746
215.912.88461.992.11.604004.4019.5030.09494.0711694
2 1/215.912.88474.6104.81.604004.4019.5043.71498.03136110
315.912.88490.7127.01.604004.4019.5064.61498.30199160
415.912.888116.1157.21.604004.4019.50105.87501.40142114
619.115.758170.7215.91.604004.4019.50228.85510.52276216
819.115.758221.5269.91.604004.4019.50385.33518.23381294
1022.218.5512270.3323.81.604004.4019.50573.83522.82404309
1222.218.5512327.0381.01.604004.4019.50839.82532.54494371
1425.421.2712350.3412.71.604004.4019.50963.77528.26700530

TORQUE MÍNIMO Y CALCULADO PARA BRIDAS ANSI S-300#

DNDbDrNdideePamPdAiEcal.TcalTmin
pulg.mm.mm.c/u.mm.mm.mm.Bar-Barcm2BarNm.Nm.
1/212.710.17422.034.91.604004.0049.903.80632.501912
3/415.912.88427.042.91.604004.4049.905.73632.333622
115.912.88434.551.01.604004.4049.909.35641.704629
1 1/219.115.75449.673.01.604004.4049.9019.32642.3911471
215.912.88861.992.11.604004.4049.9030.09640.717547
2 1/219.115.75874.6104.81.604004.4049.9043.71650.8610967
319.115.75890.7127.01.604004.4049.9064.61651.5515998
419.115.758116.1157.21.604004.4049.90105.87659.48229139
619.115.7512170.7215.91.604004.4049.90228.85682.81246144
822.218.5512221.5269.91.604004.4049.90385.33702.54406231
1025.421.2716270.3323.81.604004.4049.90573.83714.30474266
1228.624.4516327.0381.01.604004.4049.90839.82739.16678367
1428.624.4520350.3412.71.604004.4049.90963.77728.21666366
1631.827.6220410.3469.91.604004.4049.901322.19759.73865455
1831.827.6224461.8533.41.604004.4049.901674.94748.94965515

TORQUE MÍNIMO Y CALCULADO PARA BRIDAS ANSI S-600#

DNDbDrNdideePamPdAiEcal.TcalTmin
pulg.mm.mm.c/u.mm.mm.mm.Bar-Barcm2BarNm.Nm.
1/212.710.17422.034.91.604004.0096.503.80849.632512
3/415.912.88427.042.91.604004.4096.505.73849.304822
115.912.88434.550.81.604004.4096.509.35868.616128
1 1/219.115.75449.673.01.604004.4096.5019.32868.7515471
215.912.88861.892.11.604004.4096.5030.00865.0410247
2 1/219.115.75874.6104.81.604004.4096.5043.71885.1214867
319.115.75890.7127.01.604004.4096.5064.61886.4621798
422.218.558116.1157.21.604004.4096.50105.87901.80369164
625.421.2712143.7215.91.604004.4096.50162.18862.75624289
828.624.4512170.7269.91.604004.4096.50228.85850.331190560
1031.827.6216221.5323.81.604004.4096.50385.33870.871318605
1231.827.6216276.0381.01.604004.4096.50599.15892.881334598
1434.930.8020327.0412.71.604004.4096.50839.82948.771455613
1638.133.9720410.4469.91.604004.4096.501322.831096.311532559
1841.337.1520461.8533.41.604004.4096.501674.941074.812235832
2041.337.1524513.2584.21.604004.4096.502068.541112.202107758
2447.643.4924615.9692.11.604004.4096.502979.281153.2732721135
3050.846.6728730.3857.01.604004.4096.504188.381041.8154882107

¿Cómo determinar el torque de apriete de una brida?

determinar el torque de apriete

TEORÍA DEL TORQUE DE APRIETE

En este artículo os enseñaremos a determinar el torque mínimo aplicable a los tornillos que unen las juntas planas y las bridas.

Referencias:

Metodología del torque de apriete

Las juntas con orificios requieren de una precarga inicial en sistemas de alta presión. Debemos tener en cuenta que la presion interna, el momento de concentración térmica y el momento de carga muerta son las cargas que por lo general causan más pérdidas en la junta.

Para aplicar el torque utilizaremos llaves de impacto, torquímetros o llaves de torque. El torque que debemos aplicar se rige por las siguientes variables:

  • Clase de la tuerca y el tornillo
  • Rebaba de las tuercas
  • Lubricación
  • Polvo, virutas y suciedad en tornillos y tuercas
  • Muescas
  • Estado de la superficie de la brida sobre la que se tiene que girar

Una lubricación adecuada puede llegar a aumentar la eficiencia respecto de un conjunto sin lubricar de aproximadamente el 50%. En aplicaciones normales bastará con grafito pesado o una mezcla de aceite.

 

Coeficientes de fricción de tuercas y tornillos:

MaterialesLubricanteFricción µ ± 20%
AceroGrafito, petróleo o aceite0.07
AceroGrasa de bisulfuro de molibdeno0.11
AceroAceite para máquinas0.15
Acero chapado en cadmioNo requiere0.12
Acero chapado en zincNo requiere0.17
Acero y bronceNo requiere0.15
Aleación resistente a la corrosión o basada en níquel o plataNo requiere0.14
Titanio y aceroGrafito en petróleo0.08
TitanioGrasa de bisulfuro de molibdeno0.10

Relevancia de la precarga

La precarga en los orificios de los extremos bridados debe ser lo suficientemente alta como para mantener el conjunto en contacto y bajo presión. La disminución de la presión podria resultar en la fuga del líquido presurizado, perdidas de cierre bajo condiciones de carga cíclica y la reducción de la vida útil del sellado. En la siguiente imagen podemos observar la relación entre vida útil del sellado y la precarga.

Una unión bridada axialmente cargada en la cual no se aplico una precarga sobre los bulones se representa en la línea OAB, en la cual el esfuerzo en el bulón es igual al ejercido sobre la unión. Cuando el esfuerzo sobre la unión varia entre Pa y Pb, la variación de carga sobre el bulón lo representa el tramo sobre las ordenadas Pba y PBb. Sin embargo, con la aplicación de una precarga la variación de carga sobre los bulones será mas leve que la de la unión (como lo indica la línea PB1A, de menor pendiente que OAB) debido a que parte de la carga es absorbida como una reducción de compresión de la junta. De este modo, la carga axial aplicada a los bulones varia entre PBa’ y PBb’ cuando la modificación de esfuerzos sobre la unión esta entre Pa y Pb. Estas condiciones resultan en una considerable reducción de la variación de la carga cíclica de los bulones la cual reditúa en una extensión de la vida útil de la junta.

MONTAJE

MONTAJE

Para un sellado efectivo, todos los componentes de la conexión brida deben montarse optimamente, la causa más común de una fuga es un montaje indebido. Antes de empezar a montar, debemos prestar atención a las tolerancias de angularidad y centrado conerniente al par de bridas que conforman el conjunto. El uso de la fuerza en exceso conllevará un deterioro de la junta con la proclividad a la generación de pérdidas.

Secuencia de montaje

  • Colocar la junta sobre la superficie de la brida a sellar.
  • Posicionar la otra brida en contacto con la junta.
  • Limpiar los espárragos y lubricarlos adecuadamente, con una mezcla de aceite y grafito por ejemplo.
  • Colocar dichos espárragos en los agujeros.
  • Acercar las tuercas a mano.
  • Seguir la secuencia de ajuste de acuerdo a las figuras.
  • No superar el 30% de los valores de torque recomendados para los espárragos, pues se puede originar un mal asentamiento de la junta.
  • Una vez alcanzado el torque recomendado según tabla, hacer una pasada en secuencia horaria para verificación.
  • Debido a la relajación de tensiones y por Creep, es fundamental pre-ajustar los espárragos para asegurar el correcto valor de torque durante la operación del sistema.
determinar el torque de apriete

CÁLCULO DEL TORQUE DE APRIETE EN JUNTAS PLANAS

Para la determinación del torque necesario a aplicar, en primer lugar determinaremos la presión superficial requerida que se debe aplicar a la junta para lograr un sello adecuado, la cual será:

Donde:
Ecal: Presión Superficial Calculada en Bar.
Emin: Presión Superficial Mínima en Bar.
R: Presión Radial en donde R = m . Pd.
y: Presión de Ajuste en Bar.
H: Fuerza que tiende a separar las bridas H = Ai . Pd.
A: Área de contacto de la Junta.
Pd: Presión de Diseño en Bar.
Ai: Área interna del conducto.

El torque estará dado por la siguiente expresión:

Donde:

Ejun : Presión Superficial de la junta en Bar.-
A: Área de contacto de la Junta.
d: Diámetro efectivo del Espárrago.
N : Numero de Espárragos.

El Torque a aplicar a los espárragos de las bridas equipadas con juntas planas deberá ser el que de mayor valor resulte, de comparar el mínimo con el de cálculo.

determinar el torque de apriete

DETERMINACIÓN DEL TORQUE DE APRIETE PARA TORNILLOS

En primer lugar calcularemos los torques a aplicar a los pernos de las bridas, que permitan obtener una presión superficial a ejercer sobre la junta, de forma tal, que se asegure un correcto sellado de la unión, en base a las presiones de diseño correspondientes a las clases de cañerías, siendo sus valores los siguientes:

TORQUE MÍNIMO Y CALCULADO PARA BRIDAS ANSI S-150#

DNDbDrNdideePamPdAiEcal.TcalTmin
pulg.mm.mm.c/u.mm.mm.mm.Bar-Barcm2BarNm.Nm.
1/212.710.17422.034.91.604004.0019.503.80490.861412
3/412.710.17427.842.91.604004.4019.506.07492.122117
112.710.17434.550.81.604004.4019.509.35494.692722
1 1/212.710.17449.673.01.604004.4019.5019.32494.725746
215.912.88461.992.11.604004.4019.5030.09494.0711694
2 1/215.912.88474.6104.81.604004.4019.5043.71498.03136110
315.912.88490.7127.01.604004.4019.5064.61498.30199160
415.912.888116.1157.21.604004.4019.50105.87501.40142114
619.115.758170.7215.91.604004.4019.50228.85510.52276216
819.115.758221.5269.91.604004.4019.50385.33518.23381294
1022.218.5512270.3323.81.604004.4019.50573.83522.82404309
1222.218.5512327.0381.01.604004.4019.50839.82532.54494371
1425.421.2712350.3412.71.604004.4019.50963.77528.26700530

TORQUE MÍNIMO Y CALCULADO PARA BRIDAS ANSI S-300#

DNDbDrNdideePamPdAiEcal.TcalTmin
pulg.mm.mm.c/u.mm.mm.mm.Bar-Barcm2BarNm.Nm.
1/212.710.17422.034.91.604004.0049.903.80632.501912
3/415.912.88427.042.91.604004.4049.905.73632.333622
115.912.88434.551.01.604004.4049.909.35641.704629
1 1/219.115.75449.673.01.604004.4049.9019.32642.3911471
215.912.88861.992.11.604004.4049.9030.09640.717547
2 1/219.115.75874.6104.81.604004.4049.9043.71650.8610967
319.115.75890.7127.01.604004.4049.9064.61651.5515998
419.115.758116.1157.21.604004.4049.90105.87659.48229139
619.115.7512170.7215.91.604004.4049.90228.85682.81246144
822.218.5512221.5269.91.604004.4049.90385.33702.54406231
1025.421.2716270.3323.81.604004.4049.90573.83714.30474266
1228.624.4516327.0381.01.604004.4049.90839.82739.16678367
1428.624.4520350.3412.71.604004.4049.90963.77728.21666366
1631.827.6220410.3469.91.604004.4049.901322.19759.73865455
1831.827.6224461.8533.41.604004.4049.901674.94748.94965515